2 Analysenmethode zur Bestimmung von Styrol in Ausatemluft
2.3 Geräte, Chemikalien, Lösungen
Analysensystem: GC-MS mit Autosampler
Gaschromatograph mit Split-/Splitless-Injektor und Quadrupol-Massenspektrometer;
hier verwendetes Gerät: Triple-Quadrupol-Massenspektrometer im Single-Quadrupol- Modus (Agilent GC 7890B mit Agilent MS-MS 7010B; Agilent Technologies Deutschland GmbH, Waldbronn)
gaschromatographische Kapillarsäule: stationäre Phase: Polyethylenglycol, Länge:
30 m; innerer Durchmesser: 0,25 mm; Filmdicke: 0,25 μm (z. B. Agilent Technologies Deutschland GmbH, Waldbronn, HP-Innowax, Nr. 19091N-133I)
SPME Inlet Liner, Straight Design (unpacked), 0,75 mm ID (z. B. Supelco, Bellefonte, USA, Nr. 2637505)
Autosampler: XYZ-Roboter zur automatisierten Festphasenmikroextraktion (SPME) mit SPME-Faser-Konditionierstation; hier verwendet MPS Robotic Pro (Gerstel Inc., Mühl- heim/Ruhr); eigenmodifiziertes Probentray zur Aufnahme der Gassammelrohre Typ BAuA
SPME-Faser (für Autosampler): Faserlänge 1 cm, Quarzglas, 100 µm PDMS-Beschich- tung, Kanüle 23 ga (z. B. Supelco, Bellefonte, USA, Nr. 57341-U)
Gassammelrohre Typ BAuA
Volumen ca. 37,5 ml, zur Beprobung der Ausatemluft gemäß den Angaben in [18], Verschlusskappen: Lochschraubkappen, Gewinde GPI 13-425, Öffnung 7 mm (z. B.
Open-Top Compression Cap, Kimble-Chase, Vineland, USA, Nr. 410119-1307) mit Sep- ten aus Silikon und einseitiger PTFE-Beschichtung, 11 mm (z. B. Supelco, Bellefonte, USA, Nr. 27369-U); Mundstücke: Lochschraubkappen, Gewinde GPI 13-425, Polypropy- len, Öffnung 7,8 mm (z. B. Glastechnik Gräfenroda GmbH, Gräfenroda,
Nr. G074-CR/13)
Die exakten Volumina der Gassammelrohre werden vor ihrer Nutzung gravimetrisch bestimmt.
Sonstige Geräte
Verdünnungsflaschen für statische Gasansätze (Glaskolben mit Gewindeöffnung), ca. 2,2 l, (z. B. Static Dilution Bottle, Supelco, Bellefonte, USA, Nr. 21992), Ventilver- schlusskappen (Septum-PTFE-Druckknopfventil), GPI 24-400, (z. B. Mininert® Valves mit austauschbaren Silikon-Septen, Supelco, Bellefonte, USA, Nr. 33304 bzw. 33310-U) Die exakten Volumina der Kolben werden vor ihrer Nutzung gravimetrisch bestimmt.
gasdichte Mikroliterspritzen, nichtaustauschbare Kanülen mit Seitenlochöffnung, Vo- lumina: 10, 25, 50, 100, 250 und 500 µl (z. B. 1700 Series Syringes, Hamilton Bonaduz AG, Bonaduz, Schweiz)
gasdichte Spritze, 10 ml, nichtaustauschbare Kanüle mit Seitenlochöffnung (z. B. 1000 Series Syringes, Hamilton Bonaduz AG, Bonaduz, Schweiz, Nr. 6801485) gasdichte Mikroliterspritzen, nichtaustauschbare Kanülen mit abgeschrägter, Spitze für Septumpenetrationen, Volumina: 10, 25, 50, 100, 250 und 500 µl (z. B. 1700 Series Syrin- ges, Hamilton Bonaduz AG, Bonaduz, Schweiz)
Einkanal-Pipetten, mechanisch, variabel: 10-100 µl, 100-1000 µl, 0,5-5 ml (z. B. Research (Plus) Serie, Eppendorf AG, Hamburg)
Elektronische Analysenwaage (z. B. Sartorius AG, Göttingen)
10 ml Feingewinde-Klarglasflaschen mit Lochschraubkappen und Silikon/PTFE-Septen (z. B. Gerstel Inc., Mühlheim/Ruhr, Deutschland, Nr. 093640-038-00 bzw. Nr. 093640- 040-00)
1,5 ml Schraubgewinde-Klarglasflaschen (z. B. Gerstel Inc., Mühlheim/Ruhr, Deutsch- land, Nr. 093640-046-00); Schraubverschlusskappe, Gewinde GPI 9-425, Silikon-Septen
mit einseitiger PTFE-Beschichtung (z. B. Agilent Technologies Deutschland GmbH, Waldbronn, Nr. 5182-0728 bzw. Nr. 5182-0730)
Chemikalien
Styrol Reagent Plus®, analytischer Standard, Reinheit ≥99%, stabilisiert mit 4-tert-Butyl- catechol (z. B. Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Taufkirchen, Nr. S4972-5ml)
Helium, verdichtet, Reinheit 6.0 (z. B. Linde AG, Berlin) – Trägergas (GC)
Stickstoff, verdichtet, Reinheit 5.0 (z. B. Linde AG, Berlin) – Faser-Reinigung (SPME), Spülung der Verdünnungsflaschen
Methanol, Reinheit: für gaschromatographische Analysen mit massenspektrometrischer Detektion (z. B. SupraSolv®, Supelco, Bellefonte, USA, Nr. 1008371000)
Reinstwasser (z. B. erzeugt mit Purelab flex 3, ELGA Labwater GmbH, Celle) 2.4 Herstellung der Kalibrierstandards
Die Herstellung der Kalibrierstandards erfolgt im klimatisierten Labor bei 20 °C.
Dotiergas I (Zielkonzentration ca.4 8 mg/l)
Auf eine mit Stickstoff gespülte Verdünnungsflasche wird eine Ventilverschlusskappe aufge-schraubt. In die so vorbereitete Flasche werden für einen statischen Gasansatz 20 µl Styrol mit einer gasdichten Spritze injiziert. Die Bestimmung der injizierten Styrol-Masse erfolgt dabei durch Differenzwägung der Spritze mittels Analysenwaage – Masse der gefüllten Sprit-ze minus Masse der entleerten SpritSprit-ze nach Injektion. Das durch vollständige Verdampfung des Styrols entstehende Gas wird im Dunkeln ca. 16 Stunden, z. B. über Nacht, bei Raumtem-peratur equilibriert. Das Dotiergas I wird für jeden Verwendungstag frisch erzeugt.
Dotiergas II (Zielkonzentration ca.4 37 µg/l)
Auf eine mit Stickstoff gespülte Verdünnungsflasche wird eine Ventilverschlusskappe auf-geschraubt. Aus der so vorbereiteten gasdicht geschlossenen Flasche werden mit einer gasdichten Spritze 10 ml Gas entnommen und verworfen. Anschließend werden 10 ml des Dotiergases I mit der gasdichten Spritze – Kanülenspitze mit Seitenloch – injiziert. Das Gas wird mindestens eine Stunde bei Raumtemperatur, aber ohne direkte Sonneneinstrahlung, equilibriert. Das Dotiergas II wird für jeden Verwendungstag frisch erzeugt.
Kalibrierstandards
Der Ansatz der Kalibrierstandards erfolgt in Gassammelrohren Typ BAuA, in die zuvor Aus-atemluft einer Person ohne berufliche Exposition gegenüber Styrol vorgelegt wurde. Die Vorlage der Ausatemluft erfolgt dabei entsprechend der Anleitung zur Probenahme von Ausatemluft mit Gassammelrohren Typ BAuA, siehe Abschnitt 2.6. Zur Einstellung der benö-tigten Styrol-Konzentrationen in den Gassammelrohren wird das benötigte Volumen Do-tiergas mit gasdichten Spritzen – Kanülenspitzen mit Seitenloch – in die kurzzeitig einseitig geöffneten Gassammelrohre injiziert. Tabelle 1 enthält ein beispielhaftes Dotierschema. Es basiert auf folgenden Annahmen: Styrol-Einwaage: 18,1 mg5 , Volumen der Verdünnungskol-ben: 2200 ml, Volumen der Gassammelrohre: 37,50 ml. Bei der Abarbeitung der Methode sind statt der Annahmen die tatsächlich gravimetrisch ermittelten Massen bzw. Volumina zu verwenden.
4 die exakte Konzentration ergibt sich aus der jeweiligen Styrol-Einwaage
5 Dichte 0,9045 g/ml bei 20°C
Tab. 1 Beispiel-Dotierschema zur Herstellung der Styrol-Kalibrierstandards
a Beispiele verschiedener Konzentrationsbereiche: U – unterer; M – mittlerer, O – oberer
b styrolfreie Ausatemluft vorgelegt
c Styrol-Konzentration 8,23 mg/l
d Styrol-Konzentration 37,4 μg/l
2.5 Herstellung der Qualitätskontrollproben
Die Styrolkonzentrationen der Kontrollproben sollen im entscheidungsrelevanten Konzent-rationsbereich liegen. Im Folgenden ist beispielhaft die Herstellung von Kontrollproben mit einer Konzentration von 1,3 µg Styrol pro Liter Ausatemluft beschrieben.
Stammlösung I: Mit einer Pipette werden 4980 µl Methanol in ein 10-ml-Headspace-Gläschen vorgelegt. Das Gläschen wird mit einer Septumschraubkappe verschlossen und gewogen.
Anschließend werden 20 µl Styrol mit einer gasdichten Spritze durch das Septum in das Vial injiziert. Die Styrol-Einwaage wird durch Differenzwägung ermittelt.
Stammlösung II: Mit einer Pipette werden 4860 µl Methanol in ein 10-ml-Headspace-Gläs-chen vorgelegt. Das Gläs10-ml-Headspace-Gläs-chen wird mit einer Septumschraubkappe verschlossen. Anschlie-ßend werden 140 µl Stammlösung I mit einer Mikroliterspritze durch das Septum in das Vial injiziert.
Dotierlösung: Mit einer Pipette werden 900 µl Reinstwasser in ein 2 ml Gläschen vorgelegt.
Das Gläschen wird mit einer Septumschraubkappe verschlossen. Anschließend werden 100 µl Stammlösung II mit einer Mikroliterspritze durch das Septum in das Vial injiziert.
Kalibrier- standarda
Volumen Gassammelrohrb
[ml]
Dotiervolumen [μl]
Dotiergas Ic Dotiergas IId
Konzentration Kalibrierstandard
[µg/l]
U1 37,50 25 0,025
U2 37,50 75 0,075
U3 37,50 125 0,12
U4 37,50 175 0,17
U5 37,50 225 0,22
U6 37,50 275 0,27
M1 37,50 2 0,44
M2 37,50 4 0,88
M3 37,50 6 1,3
M4 37,50 8 1,8
M5 37,50 10 2,2
M6 37,50 12 2,6
O1 37,50 5 1,1
O2 37,50 10 2,2
O3 37,50 15 3,3
O4 37,50 20 4,4
O5 37,50 25 5,5
O6 37,50 30 6,6
Kontrollproben: In die Gassammelrohre werden Ausatemluftproben eines Matrixspenders ohne berufliche Styrol-Exposition vorgelegt – siehe 2.6. Für jede Probe wird durch Diffe-renzwägung die enthaltene Wassermasse – das Atemkondensat – ermittelt. Anschließend wird die Wassermasse in den Rohren durch entsprechende Zugaben von Reinstwasser mit Hilfe einer Mikroliterpipette normiert – auf zum Beispiel 50 mg pro Gassammelrohr. Mit einer Mikroliterspritze werden jeweils 5 µl der Dotierlösung in die kurzzeitig einseitig geöffne-ten Gassammelrohre injiziert. Tabelle 2 zeigt ein beispielhaftes Dotierschema; angenommene Styrol-Einwaage: 18,1 mg.
Die Dotierlösungen und Kontrollproben sollten zeitnah zur Verwendung hergestellt werden.
Die Stammlösungen I und II sind im Kühlschrank bei 4°C mindestens 8 Wochen haltbar.
Die Arbeitsschritte zum Ansatz der Stammlösungen lassen sich überspringen, wenn statt-dessen kommerziell verfügbare Styrol-in-Methanol-Lösungen geeigneter Konzentrationen eingesetzt werden (z. B. Styrol 100 µg/ml in Methanol, Dr. Ehrenstorfer, LGC Labor GmbH, Augsburg).
Tab. 2 Beispiel-Dotierschema zur Herstellung von Kontrollproben
2.6 Probenahme und Probenaufbereitung
Die zu beprobende Person atmet normal, hält dann 5 s die Luft an und pustet anschließend ihre Lunge möglichst vollständig durch das beidseitig offene Gassammelrohr Typ BAuA leer.
Das Rohr wird anschließend rasch mittels Septumschraubkappen gasdicht verschlossen.
Zur Vermeidung eines Mund-Glaskontaktes können Lochschraubkappen als Mundstücke ge-nutzt werden. Von jeder zu beprobenden Person werden zwei Ausatemluftproben konsekutiv gewonnen.
Die gewonnenen Ausatemluftproben können ca. eine Woche im Dunkeln ohne Kühlung ge-lagert werden. Die Proben werden dem Analysensystem direkt – ohne Probenaufbereitung – zugeführt.
2.7 Instrumentelle Arbeitsbedingungen Festphasenmikroextraktion (SPME)
Extraktionszeit: 6 min
Extraktionstemperatur: Raumtemperatur (Laborraum klimatisiert auf 20 °C) Ausheizung der SPME-Faser: bei 270 °C in der Konditionierstation unter Stickstoff;
nach mehrstündiger Standzeit: für 30 min vor dem Start einer Messserie; innerhalb einer Messserie: für 6 min unmittelbar vor jeder Extraktion (pre-bake-out)
6 die exakte Konzentration ergibt sich aus der jeweiligen Styrol-Einwaage
Herstellung/Dotierung Styrol-Konzentration6 Stammlösung I 4980 µl Methanol,
Zugabe 20 µl Styrol-Standard 3620 mg/l Stammlösung II 4860 µl Methanol,
Zugabe 140 µl Stammlösung I 101 mg/l Dotierlösung 900 µl Reinstwasser,
Zugabe 100 µl Stammlösung II 10,1 mg/l Kontrollprobe 37,50 ml styrolfreie Ausatemluft,
Zugabe 5 µl Dotierlösung 1,3 µg/l
Gaschromatographie
Injektionstechnik: Split-Injektion; Split-Verhältnis 1:20
Injektortemperatur: 240 °C
SPME-Faser-Desorptionszeit: 2 min (Probenaufgabe, Thermodesorption) Trägergasfluss: 1 ml Helium/min
Ofentemperatur: Ausgangstemperatur 40 °C, 2 min halten, Anstieg mit 5 °C/min auf 60 °C, Anstieg mit 30 °C/min auf 100 °C,
2 min halten
Massenspektrometrie
Transfer-Line-Temperatur: 250 °C
Ionisationsart: Elektronenstoßionisation (EI) Ionisationsenergie: 70 eV
Quellentemperatur: 230 °C
Quadrupoltemperatur: 150 °C Quenchgas (Helium): 2,25 ml/min Kollisionsgas (Stickstoff): off
Dwell time: 100 ms
Detektionsmodus: Single-Ion-Monitoring (SIM)
im Single-Quadrupol-Modus
2.8 Analytische Bestimmung
Styrol wird mittels Festphasenmikroextraktion angereichert, mit der SPME-Faser in den Injek-tor des Gaschromatographen überführt und dort thermodesorbiert.
Die Festphasenmikroextraktion erfolgt automatisiert direkt in den Gassammelrohren, die sich dabei in einem zur Aufnahme der Rohre modifizierten Tray des Autosamplers befinden.
Nach der gaschromatographischen Abtrennung des Styrols von anderen Probenbestandteilen erfolgt die massenspektrometrische Detektion. Für seine Identifizierung werden die Retenti-onszeit und ausgewählte Ionenspuren, siehe Tabelle 3, genutzt. Die angegebene Retentions-zeit dient der Orientierung und ist vom Methoden-Anwender zu überprüfen. Abweichungen können sich aus einem Unterschied der Trennleistung der jeweils eingesetzten Säule ergeben.
Abbildung 1 zeigt das Chromatogramm einer Ausatemluftprobe einer Person ohne berufliche Styrol-Exposition und eines einer Ausatemluftprobe derselben Person mit Styrol-Dotierung – Zielkonzentration 1,3 µg/l.
Es wird empfohlen jeweils beide konsekutiv gewonnenen Proben pro Person, siehe 2.6, zu analysieren. Das Analysenergebnis ergibt sich aus dem Mittelwert der beiden Messungen.
a)
b)
c)
Abb. 1 a) Chromatogramm einer Ausatemluftprobe einer Person ohne berufliche Styrol-Exposition;
b) und c) Chromatogramme einer Styrol-dotierten Ausatemluftprobe derselben Person – Ziel- konzentration 1,3 µg Styrol pro Liter Ausatemluft; b) Quantifier: m/z 104, c) Qualifier: m/z 78
Tab. 3 Retentionszeit und detektierte Ionenspuren von Styrol
2.9 Kalibrierung und Berechnung der Analysenergebnisse
Für die Kalibrierung, die extern erfolgt, werden die Kalibrierstandards wie die Proben ohne weitere Vorbehandlung direkt in den Arbeitsbereich des Autosamplers platziert und analy-siert. Die Peakflächen des Styrols der Kalibrierproben werden als Funktion der jeweils einge-stellten Styrol-Konzentration dargestellt. Im gesamten Arbeitsbereich der Methode konnte die Linearität der Funktion nachgewiesen werden. Die Kalibrierfunktionen werden deshalb als
Analyt Trennsäule Retentionszeit
[min]
Ionenspur m/z Quantifier Qualifier
Styrol HP-Innowax 8,5 104 78
+EI SIM(78.0) +EI SIM(104.0) +EI SIM(104.0)
Regressionsgerade berechnet. In Abbildung 2 wird beispielhaft eine so erhaltene Kalibrier-funktion gezeigt. Die zur Herstellung der Kalibrierstandards verwendete Ausatemluft ist auf ihre, im Arbeitsbereich der Methode zu erwartende, Blindwertfreiheit zu prüfen. Hierzu wird bei jeder Kalibrierung eine undotierte Ausatemluftprobe des Matrixspenders analysiert. Die Styrolpeakflächen der analysierten Proben werden über die entsprechende Kalibrierfunktion in Konzentrationseinheiten umgerechnet.
Abb. 2 Kalibriergerade für Styrol in Ausatemluft,
Kalibrierung um 1,3 µg Styrol pro Liter Ausatemluft
2.10 Qualitätssicherung
Zur Qualitätssicherung wird mit jeder Analysenserie mindestens eine Kontrollprobe analy-siert. Da entsprechendes Kontrollprobenmaterial kommerziell nicht verfügbar ist, wird dieses selbst hergestellt. Die Herstellung erfolgt separiert und unabhängig von den Kalibrierstan-dards nach einem eigenständigen Ansatzverfahren, wie unter 2.5 beschrieben. Die Bewertung der Ergebnisse der Kontrollprobenanalysen erfolgt anhand laboratoriumsinterner Fehlergren-zen, die die Leistungsfähigkeit des Verfahrens und die Anforderungen, die sich aus der Analy-senaufgabe ergeben, berücksichtigen.
2.11 Hinweise aus Vorversuchen Auswahl der Trennsäule
In Vorversuchen wurde die Nutzbarkeit folgender gaschromatographischer Trennsäulen getestet:
(a) Länge: 30 m; innerer Durchmesser: 0,25 mm; Filmdicke: 0,25 μm Polyethylenglycol (HP-Innowax, Agilent Technologies Deutschland GmbH, Waldbronn, Nr. 19091N-133I) (b) Länge: 30 m; innerer Durchmesser: 0,25 mm; 1 µm Film (5%-Phenyl)-methylpolysiloxan (HP-5MS, Agilent Technologies Deutschland GmbH, Wald-bronn, Nr. 19091S-233) (c) Länge: 30 m; innerer Durchmesser: 0,25 mm; 1 µm Film 100% Dimethylpolysiloxan (HP-1MS, Agilent Technologies Deutschland GmbH, Waldbronn, Nr. 19091S-733) Alle drei Säulen erlaubten eine Abtrennung des Styrols von Matrixbestandteilen und können jeweils alternativ verwendet werden. Die Validierung der Methode erfolgte lediglich aus labor-organisatorischen Gründen mit Säule (a). Abbildung 1 in Abschnitt 2.8 zeigt beispielhaft mit dieser Säule erhaltene Chromatogramme.
Festphasenmikroextraktion – Faserauswahl, Festlegung der Extraktionszeit
In der Methodenentwicklung wurde die Verwendbarkeit von Carboxen/PDMS-Fasern (75 µm)7
7 Faserlänge 1 cm, Quarzglas, Kanüle 23 ga (Supelco, Bellefonte, USA, Nr. 57343-U)
Peakfläche [cts]
30000000 25000000 20000000 15000000 10000000 5000000
0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000
y = 1E+07x + 39703 R2 = 0,9972
Styrol [μg/l]
und PDMS-Fasern (100 µm) für den Mikroextraktionsschritt untersucht. Die Ergebnisse der Untersuchung sind in Tabelle 4 zusammengefasst.
Tab. 4 SPME-Faser-Auswahl; Ergebnisse von Vorversuchen
Die Carboxen/PDMS-Faser liefert eine hohe Extraktionsausbeute, jedoch verbleiben nach der Analyse Styrol-Reste in der Faser, die die nachfolgende Analyse stören können. Eine solche Analyt-Verschleppung war bei der PDMS-Faser nicht nachweisbar, weshalb dieser Fasertyp für die Styrol-Extraktion ausgewählt wurde. Untersuchungen zur Extraktionsausbeute in Abhän-gigkeit von der Extraktionszeit zeigten, dass das Extraktionsgleichgewicht nach ca. 5 Minuten erreicht wird. Die Extraktionszeit wurde deshalb in Abstimmung mit den anderen Analysen-schritten auf 6 Minuten festgelegt.
2.12 Störeinflüsse
Styrol kann schon bei Raumtemperatur polymerisieren. Deshalb enthält der in dieser Me-thode eingesetzte Styrol-Standard einen Inhibitor. Da sich der Inhibitor – nach Herstelleran-gaben8 – im Laufe der Zeit erschöpft, sollte, unabhängig von den Haltbarkeitsangaben des Herstellers, der Standard vor seiner Verwendung auf Trübung, Ablagerungen und eine Farb-veränderung geprüft werden.
2.13 Beurteilung der Methode
Zur Beurteilung der Methode wurden die nachfolgend beschriebenen Validierungsversuche durchgeführt.
2.13.1 Präzision
Die Präzision in der Serie wurde bei drei verschiedenen Konzentrationen – 0,15 µg/l, 1,3 µg/l und 4,4 µg/l – untersucht. Hierzu wurden für jede Konzentrationsstufe jeweils 10 Styrol- dotierte Ausatemluftproben hergestellt und analysiert. Die Herstellung der Proben erfolgte wie unter 2.4 beschrieben – analog der Kalibrierproben-Herstellung. Die in den jeweiligen Messserien erhalten Präzisionen sind in Tabelle 5 aufgeführt.
Tab. 5 Präzision in der Serie für die Bestimmung von Styrol in Ausatemluft
u = sw * tp; (tp – Student-Faktor, zweiseitig, bei n = 10 und P = 95 %: 2,262) [20]
Für die Bestimmung der Präzision von Tag zu Tag wurden Styrol-dotierte Ausatemluftproben in zwei Konzentrationsstufen – 0,13 µg/l und 1,35 µg/l – für jeden Messtag neu, wie unter 2.5 beschrieben, hergestellt. Hierzu wurden jeweils tagesfrisch erzeugte Stamm- und
Dotier-8 Angabe der Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Taufkirchen, im „Product S4972 – Certificate of Analysis“
Fasertyp Extraktionsausbeute von Styrol aus einer
Ausatemluftprobe
Verschleppung von Styrol;
Rest-Styrolgehalt in der Faser nach einer Analyse
Carboxen/PDMS (75 µm) sehr gut ja, kritisch
PDMS (100 µm) ausreichend nein
eingestellte
lösungen verwendet. An 10 Messtagen wurden jeweils zwei Proben je Konzentrationsstufe analysiert. Die erhaltenen Tag-zu-Tag-Präzisionen sind in Tabelle 6 aufgeführt.
Tab. 6 Präzision von Tag zu Tag für die Bestimmung von Styrol in Ausatemluft
u = sw * tp; (tp – Student-Faktor, zweiseitig, bei n = 10 und P = 95 %: 2,262) [20]
2.13.2 Richtigkeit
Die Richtigkeit der Methode wurde für die Konzentrationen 1,4 µg und 4,0 µg pro Liter Styrol ermittelt. Hierzu wurden jeweils 10 Kontrollproben, wie unter 2.5 beschrieben, hergestellt und analysiert. Die erhaltenen Wiederfindungsraten sind in Tabelle 7 aufgeführt.
Tab. 7 Richtigkeit der Bestimmung von Styrol in Ausatemluft
2.13.3 Nachweis- und Bestimmungsgrenzen
Die Nachweis- und Bestimmungsgrenze, s. Tabelle 8, wurden in Anlehnung an das Kalibrier-kurvenverfahren der DIN 32645 ermittelt. Hierzu wurde eine Kalibrierfunktion im Bereich der erwarteten Nachweis- und Bestimmungsgrenze aufgenommen. Die Kalibrierpunkte waren äquidistant; kleinste und größte Konzentration der Kalibrierproben unterschieden sich um den Faktor 10. Die Kalibrierproben wurden durch Dotierung von Ausatemluftproben, wie in 2.4 beschrieben, erzeugt.
Tab. 8 Nachweis- und Bestimmungsgrenze für Styrol in Ausatemluft
2.13.4 Lagerfähigkeit der Ausatemluftproben
Zur Beurteilung der Lagerfähigkeit der Ausatemluftproben erfolgten Lagerversuche bei ver-schiedenen Temperaturen – 4°C, 20°C und 35°C – über eine Woche. Von drei Personen ohne berufliche Styrol-Exposition wurden 216 endexspiratorische Ausatemluftproben, 72 pro Per-son – dreimal 24 konsekutiv – als Matrixmaterial mit Gassammelrohren Typ BAuA, wie unter 2.6 beschrieben, gewonnen. Pro Person wurden 63 Proben mit Styrol, gemäß Punkt 2.4, do-tiert, zur Einstellung der Zielkonzentrationen 0,13 µg, 1,3 µg und 4,0 µg Styrol pro Liter Aus-atemluft in jeweils 21 Proben. Die Styrol-Analysen erfolgten am Tag 0 (Ansatztag), 3 Proben je Person und Konzentration, sowie nach 4 und 7 Tagen, jeweils 9 Lagerproben je Person und Konzentration. Zusätzlich wurden 3 undotierte Proben pro Person und Konzentration zum Nachweis der Blindwertfreiheit analysiert.
Nachweisgrenze [µg/l]
Bestimmungsgrenze [µg/l]
Styrol in Ausatemluft 0,0007 0,002
eingestellte
Die Ergebnisse des Lagerversuchs sind in den Tabellen 9 und 10 dargestellt. Demnach nahmen die Styrol-Konzentrationen in den Lagerproben mit der Lagerzeit tendenziell ab.
Die größten Abnahmen ergaben sich bei Proben mit der geringsten Konzentration, jedoch betrugen diese maximal 20 %. Auf eine entsprechende Korrektur der Messergebnisse kann deshalb verzichtet werden. Ein Einfluss der Lagertemperatur auf die Probenstabilität ist nicht klar erkennbar. Die Proben können so, auch bei sommerlichen Temperaturen, ungekühlt transportiert und gelagert werden.
Die Analysen sollten zeitnah, möglichst innerhalb einer Woche, nach der Probenahme erfol-gen. Die Lagerzeit wird, verbunden mit einem entsprechenden Hinweis auf eine mögliche Konzentrationsunterschätzung, am Messergebnis vermerkt.
Tab. 9 Lagerstabilität von Ausatemluftproben: Einfluss der Lagerzeit auf die Styrol-Konzentration;
Datenzusammenfassung ohne Unterscheidung nach der Lagertemperatur mittlere relative Wiederfindung in %
srel. in % (Probenanzahl)
Lagerzeit in Tagen Styrol-Zielkonzentration
0,13 µg/l 1,3 µg/l 4,0 µg/l
* Wertsetzung – gemessene Konzentration gleich 100 %
Tab. 10 Lagerstabilität von Ausatemluftproben: Einfluss von Lagertemperatur und -zeit auf die Styrol- Konzentration
mittlere relative Wiederfindung in % srel. in % (Probenanzahl)
Lagertemperatur in °C Styrol-Zielkonzentration
0,13 µg/l 1,3 µg/l 4 µg/l
2.14 Diskussion der Methode
Die beschriebene Analysenmethode erlaubt die Bestimmung von Styrol in Ausatemluft im ar-beitsmedizinisch relevanten Konzentrationsbereich und in einer für Expositionsbeurteilungen ausreichenden Qualität. So liegen die Präzision und Richtigkeit der Methode in vergleichbarer Größenordnung wie die der Messmethoden für den etablierten Styrol-Biomonitoring-Parame-ter „Mandelsäure plus Phenylglyoxylsäure im Urin“ [21, 22].
Die Methode eignet sich nur eingeschränkt zur Erfassung der Styrol-Hintergrundbelastung der Bevölkerung. Brugnone et al. [23], die diese untersuchten, fanden bei der Hälfte von 38 Klinikbeschäftigten ohne berufliche Styrol-Exposition, Belastungen unterhalb der Bestim-mungsgrenze des vorgelegten Verfahrens von 2 ng Styrol pro Liter Ausatemluft. Um die Hintergrundbelastung umfassender abbilden zu können, ist eine Absenkung der Bestim-mungsgrenze der vorliegenden Methode um mindestens ein bis zwei Zehnerpotenzen zu empfehlen. Was jedoch grundsätzlich, z. B. durch den Einsatz einer splitlosen Injektionstech-nik und einer Verbesserung des Anreicherungsschrittes, möglich erscheint.
Die Proben werden ohne Vorbereitung in ihren ursprünglichen Probenahmegefäßen – den Gassammelrohren – in den Arbeitsbereich des Probengebers des Analysensystems platziert und vollautomatisch analysiert. Der personelle Aufwand für eine Analysenserie wird damit vor allem durch die Kalibrierung der Methode und weniger durch die Probenanzahl bestimmt – was die Analyse größerer Probenumfänge vereinfacht. Styrol lässt sich gaschromatographisch leicht von anderen Bestandteilen der Ausatemluft abtrennen. So gelingt die Trennung auch mit weit verbreiteten Standardsäulen, z. B. mit 100% Dimethylpolysiloxan- oder (5%Phenyl)-Methylpolysiloxan-Filmen.
Für die Qualitätssicherung ist bisher kein Kontrollprobenmaterial kommerziell verfügbar.
Jedoch lässt sich das benötigte Material selbst herstellen. Hierzu wurde ein Verfahren ent-wickelt, dass sich von der Herstellung der Kalibrierstandards ausreichend unterscheidet. So werden die Kalibrierstandards mit Dotiergasen erzeugt, die Qualitätskontrollproben dagegen mit Dotierlösungen und die Verfahren starten mit separaten Styrol-Einwaagen. Die auf diese Art hergestellten Kontrollproben ermöglichen die Überwachung der Tageskalibierungen in der Routineanalytik sowie die Validierung der Analysenmethode.
Fazit: Die vorgestellte Analysenmethode eignet sich grundsätzlich, aufgrund ihrer Einfachheit und ihrer hohen Automatisierung, für einen Einsatz im arbeitsmedizinischen Routine-Biomo-nitoring. Sie kann zunächst als Basis für die noch ausstehenden Feldstudien zur Validierung des Messparameters genutzt werden.
Literatur
[1] European Centre for Ecotoxicology and Toxicology of Chemicals (1995) Special Report 09 – Styrene Criteria Document. ECETOC, Brussels, Belgium
[2] Wu Y, Hou F, Cheng X (2017) Real-Time Prediction of Styrene Production Volume Based on Machine Learning Algorithms. In: Advances in Data Mining. Applications and Theo-retical Aspects. 17th Industrial Conference. ICDM 2017:301-312
[3] Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung (2014) G 45 Styrol. In: DGUV Grundsätze für arbeitsmedizinische Untersuchungen. 6., vollst. neubearb. Aufl. Gentner, Stuttgart, 988 Seiten
[4] Banton MI, Bus JS, Collins JJ, Delzell E, Gelbke HP, Kester JE, et al. (2019) Evaluation of potential health effects associated with occupational and environmental exposure to styrene – an update. J Toxicol Environ Health B Crit Rev 22:1-130
[5] Europäische Kommission (2014) Verordnung (EU) Nr. 605/2014 der Kommission vom 5. Juni 2014. Amtsblatt der Europäischen Union L 167/36 vom 06. Juni 2014
[6] WHO. IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans (2019) Styrene, Styrene-7,8-oxide, and Quinoline. IARC monographs on the evaluation of car-cinogenic risks to humans No. 121. International Agency for Research on Cancer, Lyon, France
[7] Deutsche Forschungsgemeinschaft (2020) Ständige Senatskommission zur Prüfung ge-sundheitsschädlicher Arbeitsstoffe: MAK- und BAT-Werte-Liste 2020. Maximale Arbeits-platzkonzentrationen und Biologische Arbeitsstofftoleranzwerte. Mitteilung 56. German Medical Science, Düsseldorf
[8] Ausschuss für Gefahrstoffe (2006) Technische Regeln für Gefahrstoffe. Arbeitsplatz-grenzwerte. TRGS 900. Ausgabe: Januar 2006, zuletzt geändert und ergänzt: GMBl 2020, S. 902 [Nr. 42] (vom 27.10.2020)
[9] Ausschuss für Gefahrstoffe (2013) Technische Regeln für Gefahrstoffe. Biologische Grenzwerte (BGW). TRGS 903. Ausgabe: Februar 2013, zuletzt geändert und ergänzt:
GMBl 2020 S. 200 [Nr. 9-10] vom 13.03.2020
[10] Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung (2009) Handlungsanleitung für die arbeits-medizinische Vorsorge nach dem Berufsgenossenschaftlichen Grundsatz G 45 „Styrol“.
BGI/GUV-I 504-45. DGUV, Sankt Augustin, 10 Seiten
[11] Arnone M, Auras S, Beth-Hübner M, Deutsch B., Fröhlich H-P, et al. (2018) BK 1317 – Polyneuropathie oder Enzephalopathie durch organische Lösungsmittel oder deren Gemische (BK-Report 1/2018). 3. Auflage. Hrsg.: Deutsche Gesetzliche Unfallversiche-rung, Berlin, 133 Seiten
[12] Verordnung zur arbeitsmedizinischen Vorsorge vom 18.12.2008 (BGBL. I, S. 2768), zuletzt geändert durch Artikel 1 der Verordnung vom 12.07.2019 (BGBl. I, S. 1082) [13] Verordnung zum Schutz vor Gefahrstoffen (Gefahrstoffverordnung – GefStoffV) vom
26. November 2010 (BGBl. I S 1643) zuletzt geändert durch Artikel 148 des Gesetzes vom 29. März 2017 (BGBl. I S 626)
[14] Engström K, Riihimäki V, Laine A (1984) Urinary disposition of ethylbenzene and m-xy-lene in man following separate and combined exposure. Int Arch Occup Environ Health 54:355-63
[15] Schaller KH, Triebig G, Valentin H (1983) Styrol. Biologische Arbeitsstoff-Toleranz-Werte (BAT-Werte) und Expositionsäquivalente für krebserzeugende Arbeitsstoffe (EKA), 5. Lieferung 1990, Wiley-VCH, Weinheim
[16] Bonanni RC, Gatto MP, Paci E, Gordiani A, Gherardi M, Tranfo G (2015) Biomonitoring for Exposure Assessment to Styrene in the Fibreglass Reinforced Plastic Industry: Deter-minants and Interferents. Ann Occup Hyg 59:1000-11
[17] Verner M-A, McDougall R, Johanson G (2012) Using population physiologically based pharmacokinetic modeling to determine optimal sampling times and to interpret biolo-gical exposure markers: The example of occupational exposure to styrene. Toxicol Lett
[17] Verner M-A, McDougall R, Johanson G (2012) Using population physiologically based pharmacokinetic modeling to determine optimal sampling times and to interpret biolo-gical exposure markers: The example of occupational exposure to styrene. Toxicol Lett